非線性激光晶體|承德激光晶體|胤丞光電(查看)

激光的單色性、相干性、方向性和高亮度使得它能夠廣泛應用于工業(yè)、軍事、醫(yī)學、通信、科學研究等各個領域，并帶動了一些新興學科的形成和發(fā)展。1960年第1一臺紅寶石固態(tài)激光器的問世給古老的光學帶來了新的生機活力。固體激光器具有可獲得大功率激光和實現全固態(tài)化等優(yōu)勢。晶體的優(yōu)點表現在熱導率高、熒光譜線窄、硬度比較大等，因而在固體激光器中應用廣泛。

激光晶體及其分類

激光晶體是可將外界提供的能量通過光學諧振腔轉化為在空間和時間上相干的、具有高度平行性和單色性激光的晶體材料。激光晶體由發(fā)光中心和基質晶體兩部分組成。大部分激光晶體的發(fā)光中心由激1活離子構成，激1活離子部分取代基質晶體中的陽離子形成摻雜型激光晶體。

激光晶體種類繁多，目前已知的激光晶體有三百多種，大致可分為：激光基質晶體、非線性光學晶體和電光晶體三類。激光晶體按其性能又可以分為：高功率激光晶體（Nd : YAG）、中小功率激光晶體（Nd：YVO4）、超快激光晶體、可見光激光晶體（Nd：YLF）、中紅外激光晶體。

(a)為幾種常見摻Yb3+激 光晶體的發(fā)射截面se和最1小抽運功率Imin，盡管Yb3+的能級結構十分簡單，但由于基質晶體的不同導致配位場的不同和Yb3+所處的格位不同，從而使Yb3+在不同的激光基質晶體中的光譜和激光性能存在著很大的差異。鑒于此，激光晶體棒，法國的Boulon小組[33~36]提出了一種評估Yb3+激光晶體的準三能級激光模型。該模型涉及到高斯波，并且考慮到抽運飽和(Yb3+的2F5/2能級壽命長，可以高達2.5ms，粒子得以堆積)、抽運波長處的受激發(fā)射、抽運束腰和激光束腰沿傳播方向的變化以及激光強度沿傳播方向的變化。評估激光晶體的兩個因素分別為放大器(小信號增益)和振蕩器(輸出產率)，承德激光晶體，其中小信號增益可由模型計算所得，輸出產率由Pout/Ppump計算所得。圖3(b)為幾種激光晶體的小信號增益和輸出產率，從圖中可以看出在振蕩器中，激光晶體分類，Yb:GSO、Yb:KGW、Yb:KYW和Yb:Sc2O3具有最1高的激光輸出潛力。

Yb:GSO晶體的激光性能： 2005年5月，首1次實現LD抽運 1090nm激光輸出(Pth=190mW，Pout=360mW，h=20%)閾值：1.27 kW/cm2，小于Yb:YAG晶體的理論值(2.8kW/cm2 )。并先后實現連續(xù)、調諧、調Q、鎖模激光輸出[28，非線性激光晶體，39~44]，最1近又在Yb:GSO晶體中獲得低閾值、寬調諧超快激光輸出[39~40]：974nmLD抽運，波長為1092.5nm， 是迄今為止實現激光輸出中心波長最1長的摻鐿激光材料，閾值僅為77mW，斜率效率高達 86%；獲得97nm的寬調諧輸出；并初步實現了連續(xù)鎖模639fs激光脈沖輸出。進一步的激光性能研究工作正在進行之中。最1近，又發(fā)現Yb:LYSO、Yb:GYSO等混晶體改善了單晶的生長特性和光譜、激光性能[45~47]。初步的激光實驗探索驗證了Yb:LYSO混晶比文獻報道的Yb:LSO和Yb: YSO單晶具有更寬的調諧特性，獲得了從1030~1111.1nm的平滑寬 調諧激光輸出，調諧帶寬為81.1nm。甚至在Yb:LYSO混晶中實現了斜率效率高于90%的激光 輸出。